海图是描述、传递海洋空间信息的重要工具,在海洋工程建设、海洋科学研究、资源开发、航海运输等海洋活动中发挥着不可替代的作用。另外,海图被称为舰船的“眼睛”,直接影响着舰船的航行效率和航行安全。海图制图综合一直是海图制图、海洋地理信息系统多尺度表达中的难点,在海洋大数据分析、海洋空间数据挖掘及专题信息抽取等方面也有重要应用。作为海图制图的重要环节和科学问题,海图制图综合的自动化程度还比较低,严重限制了海图的生产效率和生产质量,迫切需要研究海图自动综合算法。本文以海图制图中工作量最大、考虑因素最多的海底地貌制图综合为研究对象,从提升海图自动综合自动化程度和丰富海图制图综合理论的角度出发,对等深线、水深注记等海底地貌要素的制图综合算法进行了研究。本文的主要工作和创新点包括:(1)研究了基于海图数据的水深注记选取方法。改进了特征浅点、特征深点、控制水深等特征水深点的识别方法;分析了复杂海底地形区域的主要特征,提出了面向水深注记选取的复杂海底地形区域自动识别方法;利用TIN模型在地形量化分析和水深注记邻近分析中的优势,提出了基于TIN化简的海图水深注记选取算法。首先,在标准间距约束下,提出了基于“选取线”的水深注记选取方法,实现了水深注记的初步选取;其次,在规定水深间距和地形表达误差的约束下,构建了水深注记选取结果的优化模型。该方法在顾及航行安全的同时,有效的提升了地貌表达精度。另外,水深注记选取结果满足菱形排列的要求,分布密度特征与海图制图要求相一致。(2)研究了基于多波束测深数据的水深注记选取方法。分析了多波束数据的水深注记选取特点;根据多波束测深点的排列特征,设计了基于剖面线的山脊点、山谷点以及地形变化点等特征水深的提取方法;考虑局部区域的地形特征建立了顾及坡度、坡向和水深值的菱形搜索模型;最后,通过对特征水深集和菱形搜索结果构成的初始水深选取结果进行抽稀得到最终选取结果。该方法能够满足航行安全的选取要求,有效的保持了地貌特征,且水深注记的菱形排列方式与坡度、坡向相适应。(3)研究了等深线的自动合并方法。首先,分析了等深线的合并条件,设计了一种基于面域图的待合并等深线探测方法,该方法能够避免复杂且费时的地形特征识别;其次,通过桥接区域扩展、“孔”结构填充操作,避免了不可辨“瓶颈”和无法容纳水深注记的小闭合等深线的出现。再次,通过融合待化简弯曲区域和桥接区域实现了等深线合并与化简的一体化;最后,通过对合并结果进行光滑处理,改善了等深线合并结果的光滑性。(4)研究了等深线的化简算法。针对等深线待化简弯曲探测不精确、化简不彻底的问题,提出了基于Delaunay三角网的等深线化简算法。首先,改进了等深线上待化简区域的识别方法,将等深线待化简区域分为微小弯曲区域和视觉冲突区域,并实现了两类待化简区域识别;其次,丰富了等深线化简的处理手段,设计了弯曲删除、夸大、凸壳化、“瓶颈”区域分裂等多种综合方法;最后,根据等深线化简的特点构建了新的化简模型实现了等深线的化简。针对等深线化简尺度驱动性不强、形态不光滑的问题,提出了最大曲率约束的等深线化简算法。设计了最大曲率约束的待化简区域探测方法,提高了待化简区域的探测精度;通过节点加密和渐进式节点位移的方式分别对凹弯曲和凸弯曲进行化简,确保了化简结果的光滑性。该方法与比例尺建立了客观联系,是一种尺度驱动型算法,适合海图这种没有固定比例尺的制图环境,且能够避免阈值设置。(5)研究了顾及航行安全的等深线光滑算法。针对等深线光滑需要确保航行安全的特殊要求,提出了一种基于多段Bezier曲线拟合的等深线光滑方法。首先,为保持原始等深线的弯曲特征,确立了以弯曲为分段单元进行曲线光滑的策略;其次,在航行安全的约束下,分别研究了凹弯曲和凸弯曲的Bezier曲线拟合方法以及弯曲连接处的光滑策略。该方法满足确保航行安全的要求,较好的保持了原始等深线的弯曲特征和形状关键点,且能够避免拓扑错误。另外,该方法能够方便灵活的对局部形状进行调整。